中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽所高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李效民研究員帶領(lǐng)的課題組經(jīng)過近2年的努力，日前在p型氧化鋅薄膜及一維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)的研究成果已在美國(guó)《應(yīng)用物理通訊》雜志上發(fā)表。
平板顯示技術(shù)是信息時(shí)代對(duì)終端顯示的基本要求，目前主要的平板顯示技術(shù)有液晶、等離子體、熒光管和發(fā)光二極管。發(fā)光二極管作為平板顯示屏具有驅(qū)動(dòng)電壓低，可與集成電路匹配，使用安全，可多色顯示，壽命長(zhǎng)和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的平板顯示器件，在科學(xué)儀器、交通信號(hào)、便攜式微機(jī)、航空航天和軍事等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前單色顯示的紅色和綠色LED顯示器件已有商品問世，但彩色顯示器至今未商品化，其主要原因是藍(lán)色電致發(fā)光的亮度或色純度達(dá)不到實(shí)用水平，無(wú)法利用三基色實(shí)現(xiàn)彩色顯示。氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性，具備了發(fā)射藍(lán)光或近紫外光的優(yōu)越條件，有望開發(fā)出紫外、綠光、藍(lán)光等多種發(fā)光器件。實(shí)現(xiàn)氧化鋅基光電器件的關(guān)鍵技術(shù)是制備出優(yōu)質(zhì)的p型氧化鋅薄膜。本征氧化鋅是一種n型半導(dǎo)體，必須通過受主摻雜才能實(shí)現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變。但是由于氧化鋅中存在較多本征施主缺陷，對(duì)受主摻雜產(chǎn)生高度自補(bǔ)償作用，并且受主雜質(zhì)固溶度很低，難以實(shí)現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致無(wú)法制得半導(dǎo)體器件的核心——氧化鋅p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，極大地限制了氧化鋅基光電器件的開發(fā)應(yīng)用。目前，p型氧化鋅的研究已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。
該課題組采用常壓超聲噴霧熱解法、通過氮和銦共摻雜，成功地制備出p型氧化鋅薄膜，其電學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)際上的最好水平(電阻率降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，霍爾遷移率提高了2～3個(gè)數(shù)量級(jí))。在此基礎(chǔ)上，又制備出具有p-氧化鋅/n-氧化鋅雙層結(jié)構(gòu)的氧化鋅同質(zhì)p-n結(jié)。這是首次用簡(jiǎn)單易行的方法制備出性能優(yōu)異的p型氧化鋅薄膜及氧化鋅同質(zhì)p-n結(jié)。這些研究成果對(duì)于深入研究氧化鋅薄膜晶體生長(zhǎng)和摻雜機(jī)理、試制新型氧化鋅短波長(zhǎng)發(fā)光器件、拓寬氧化鋅薄膜應(yīng)用領(lǐng)域等方面具有重要意義?；钚匝趸\
活性氧化鋅
同時(shí)，由于氧化鋅一維納米材料具有許多特異的物理、化學(xué)特性，在構(gòu)建納米電子和光學(xué)器件方面具有巨大的應(yīng)用潛力，受到廣泛的關(guān)注。該課題組通過對(duì)汽相傳輸法制備高純度、復(fù)雜形狀一維氧化鋅納米材料的研究，自組裝成直徑小于60納米、尺度分布均勻、具有復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的一維氧化鋅納米棒，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)其同質(zhì)催化和縱向排列的定向控制。其中，四腳狀氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的研究已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平實(shí)現(xiàn)了對(duì)其同質(zhì)催化控制和縱向排列的定向控制。
